JPH06110076A

JPH06110076A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH06110076A
Application number: JP28046792A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Yano; 友哉谷野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-09-25
Filing date: 1992-09-25
Publication date: 1994-04-22

Abstract

(57)【要約】【目的】積層液晶パネルの視差による画素の位置ずれ
を防止する。【構成】液晶表示装置は積層液晶パネルを含んでお
り、互いに重ね合わせられ且つ同時に駆動される液晶パ
ネル１，２から構成されている。積層液晶パネルの裏面
側には平行光バックライト８が配置されており、平行光
に近い出射光分布を有する照明光で積層液晶パネルを背
面照明する。又、積層液晶パネルの表面側にはスクリー
ンとなる光拡散板９が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は積層液晶パネルを有する
表示装置の照明構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置はフラットな構造や低消費
電力に特徴があり、電卓、時計は勿論、車載用パネル、
計測表示からＯＡ機器、テレビ等へと実用化され普及し
つつある。通常液晶表示装置は１枚の液晶パネルからな
る。しかしながら、近年、表示装置の動作性能や画像品
位の向上を目的として複数の液晶パネルを積層した構造
も開発されている。例えば、「ＳＩＤ９１ＤＩＧＥ
ＳＴ，Ｐ７５５−７５７」には、単純マトリクス型のス
ーパーツイストネマティック（ＳＴＮ）モード液晶パネ
ルを相補的に重ねた高分解能液晶表示装置が開示されて
いる。又、マゼンタ、シアン、イエロー三色液晶セルを
重ね合わせた減法混色型カラー液晶パネルも開発されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図２は従来の積層パネ
ル型液晶表示装置の一般的な構造を示す模式的な断面図
である。図示する様に、第１の液晶パネル２１と第２の
液晶パネル２２とが互いに重ね合わされている。この例
では両液晶パネルとも基本的に同一の構造を有しており
単純マトリクス型である。例えば、第１の液晶パネル２
１は、上側のガラス基板２３と下側のガラス基板２４と
を所定の間隙を介して対向配置しており、間隙内には液
晶層２５が保持されている。一方のガラス基板２３の内
表面にはストライプ状の信号電極２６が形成されてお
り、他方の基板２４の内表面には信号電極２６と直交す
るストライプ状の走査電極２７が形成されている。信号
電極２６と走査電極２７の交差部に画素が規定される。
互いに重ね合わされた一対の液晶パネル２１，２２の裏
面側にはバックライト２８が配置されている。液晶パネ
ルは非発光性である為暗所での使用に不便である。見易
さの向上及び暗所での使用を可能にする目的で表示面を
均一に背面照射するバックライト２８が用いられている
のである。液晶表示装置の見易さは周囲光の明るさによ
って変わり、反射型では見易さが周囲光に大きく左右さ
れるが、バックライト付の透過型では背面照明される事
によって周囲光が低レベルの場合でも視認性が低下しな
い。特に周囲光が昼間の太陽光の明るさから夜間まで変
わる屋外用液晶表示装置では、見易さを一定に保つ為に
バックライト付の透過型である事が必須である。

【０００４】図示する様に、一対の液晶パネル２１，２
２を正面方向から観察した場合には、画素は互いに整合
しており問題は生じない。しかしながら、斜め方向から
観察した場合にはパララックスあるいは視差により対応
する画素間で見かけ上位置ずれが生じる。この結果、表
示画像に所謂ぼけが生じ画像品位を著しく損なうという
課題がある。特に、表示画像の高精細化を図る為、基板
肉厚に比べて画素寸法を微細化すると視差が顕著になり
問題となっている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は積層パネルの視差を除去する事を目
的とする。かかる目的を達成する為に以下の手段を講じ
た。即ち本発明にかかる液晶表示装置は、互いに重ね合
わせられ且つ同時に駆動される積層液晶パネルを備える
とともに、平行光に近い出射光分布を有する平行光バッ
クライトを前記積層液晶パネルの裏面側に配置し且つ、
光拡散板を前記積層液晶パネルの表面側に配置した構造
となっている。

【０００６】本発明の一態様によれば、前記積層液晶パ
ネルは互いに相補的に配置された一対の単純マトリクス
型液晶パネルからなる。この一対の単純マトリクス型液
晶パネルは、例えばスーパーツイストネマティック型液
晶パネルである。本発明の他の態様によれば、前記積層
液晶パネルは、マゼンタ、シアン、イエロー三色液晶セ
ルを重ね合わせた減法混色型カラー液晶パネルである。
これら積層パネルは、各々走査電極と信号電極が交差配
列した複数の単純マトリクス型液晶パネルからなり、走
査電極は複数の液晶パネルに渡って共通の駆動回路に接
続されている。

【０００７】

【作用】本発明によれば平行光に近い出射光分布を有す
る平行光バックライトを用いて積層液晶パネルを照明し
ている。又積層液晶パネルの表面側に光拡散板を配置し
ている。各液晶パネルの液晶層に生成された画像は互い
に整合性を保った状態で平行光照明により光拡散板に投
写される。この光拡散板をスクリーンとして投写像を観
察する事により、視角に関わらず鮮明な表示画像を得る
事ができる。視差による画素のずれが生じない為、斜め
方向から観察した場合にも表示品位を落とす事がない。

【０００８】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかる液晶表示装置の
基本的な構成を示す模式的な断面図である。本装置は、
第１の液晶パネル１と第２の液晶パネル２とを互いに重
ね合わせた構造を有する。図示の例では２枚の液晶パネ
ルを積層しているが、本発明はこれに限られるものでは
なく３枚以上の液晶パネルを重ね合わせても良い。両液
晶パネルは基本的に同一の構造を有しており、例えば単
純マトリクス型である。但し、本発明はこれに限られる
ものではなく、例えばアクティブマトリクス型液晶パネ
ルを重ね合わせたものであっても良い。第１の液晶パネ
ル１は、上側のガラス基板３と下側のガラス基板４とを
所定の間隙を介して対向配置した構造を有しており、間
隙内には液晶層５が充填されている。上側ガラス基板３
の内表面にはストライプ状の走査電極６が形成されいて
る。又下側基板４の内表面には走査電極６と直交するス
トライプ状の信号電極７が形成されている。走査電極６
と信号電極７との交差部に画素が規定される。第２の液
晶パネル２も同一の構造を有している。

【０００９】積層された液晶パネル１，２の裏面側に
は、平行光に近い出射光分布を有する平行光バックライ
ト８が配置されている。一方、積層された液晶パネル
１，２の表面側には光拡散板９が配置されている。な
お、図示しないが液晶パネルの表示モード等により、偏
光板や位相差板等が介在する。

【００１０】平行光バックライト８から出射した照明光
は液晶パネル１，２を裏面側から照明し、各表示画像を
互いに整合した状態で光拡散板９に投写する。光拡散板
９はスクリーンとして機能し投写像が映し出される。こ
の光拡散板９は視角に関わらず略一様な明度を有してお
り、斜め方向から観察した場合にも所定のコントラスト
の表示画像を得る事ができるとともに、視差による画素
ずれは完全に除去されている。

【００１１】図３は、本発明にかかる液晶表示装置に組
み込まれる積層パネルの具体例を示す模式図である。図
示する様に、第１の液晶パネル３１は単純マトリクス型
のスーパーツイストネマティックモード液晶セルからな
る。下側ガラス基板３２の内表面にはストライプ状に信
号電極３３がパタニング形成されている。一方、上側ガ
ラス基板３４の内表面には信号電極３３と直交するスト
ライプ状の走査電極３５がパタニング形成されている。

【００１２】第２の液晶パネル３６も同様の構造を有し
ており、単純マトリクス型スーパーツイストネマティッ
クモードである。下側ガラス基板３７の内表面にはスト
ライプ状の信号電極３８が形成されており、上側のガラ
ス基板３９の内表面にはストライプ状の走査電極４０が
形成されている。

【００１３】図４は第１の液晶パネル３１と第２の液晶
パネル３６とを重ね合わせた状態を示す断面図である。
なお、切断方向は信号電極と平行にとってある。図から
明らかな様に、第１の液晶パネル３１の走査電極３５
と、第２の液晶パネル３６の走査電極４０は互いに相補
的な関係で配列されている。即ち、一方の液晶パネルに
おいて走査電極が存在するアクティブ領域ａと、他方の
液晶パネルにおいて走査電極が存在しないノンアクティ
ブ領域ｃとが整合する様な関係にある。積層液晶パネル
に入射した光は、必ず何れか一方の液晶パネルのアクテ
ィブ領域ａによって変調を受ける為、見かけ上走査電極
本数が倍増した事になり高解像度の表示画像が得られ
る。

【００１４】一般にスーパーツイストネマティックモー
ドは立ち上がり特性が急峻な為、マルチプレックス駆動
に適している。そこでラップトップ型のパーソナルコン
ピュータやワードプロセッサ等のディスプレイに使われ
ている。しかしながら、現状の性能レベルでは、１／２
００デューティー程度が限界であり、それ以上の高デュ
ーティー駆動ではコントラストの低下が大きい。ところ
で、マルチプレックス駆動では表示画素、非表示画素に
加わる電圧の実効値を夫々Ｖｓ，Ｖｎｓとし、走査電極
本数をＮとすると、Ｖｓ，Ｖｎｓの比は高々以下の数式
１で表わされるので、走査電極本数を無制限に増加させ
る事はできず、コントラストの低下を招く。

【数１】そこで、図４に示した様に２枚のスーパーツイストネマ
ティックモード液晶パネルを重ね合わせた構造が有効に
なる。一方の液晶パネルの走査電極に対し、他方の液晶
パネルの走査電極は相補的に配置されている。この為積
層液晶パネル全体としての走査電極本数は前述した通常
の構造の倍に設定する事が可能になる。一方、マルチプ
レックス駆動のデューティーは通常と同一のままで良
い。

【００１５】互いに積層された一対の単純マトリクス型
液晶パネルは、夫々別個のドライバ回路により駆動され
る。しかしながら、少なくとも走査電極に関しては単純
に線順次走査を行なうだけであるので、共通の駆動回路
に接続する事もできる。図５はこの例を示しており、一
方の液晶パネル５１と他方の液晶パネル５２の走査電極
群は、フレキシブル基板５３を介して共通のドライバＩ
Ｃ５４により駆動されている。この様に、走査電極側駆
動回路について共通化を図る事により、ドライバＩＣの
個数を節約する事ができる。

【００１６】ところで、スーパーツイストネマティック
モード液晶パネルの欠点として複屈折効果による色付き
がある。この点に鑑み、互いに重ね合わされた一対のス
ーパーツイストネマティックモード液晶パネルの光学特
性を適切に設定する事により、複屈折効果による色付き
を抑制する事ができる。その例を図６に示す。図示する
様に、積層された一対のスーパーツイストネマティック
モード液晶パネル６１，６２の両側には互いに直交する
偏光軸を有する偏光板６３，６４が配置されている。一
方の液晶パネル６１のΔｎｄ（Δｎは液晶材料の屈折率
異方性を示し、ｄは液晶層厚みを示す）と、他方の液晶
パネル６２のΔｎｄとは略等しい値に設定されている。
好ましくは、両者の差は０．１μｍ以下である。一対の
液晶パネル６１，６２のツイスト角は例えば２７０°で
互いに等しいが、逆捩れの関係にある。かかる構造を有
する液晶パネルを重ねる事により、一方は他方の補償セ
ルとして機能し、複屈折効果による色付きを有効に抑制
する事が可能である。

【００１７】図７は、本発明にかかる液晶表示装置に組
み込まれる積層液晶パネルの他の例を示す模式図であ
り、減法混色型のカラー液晶表示装置に利用される。図
示する様に、積層液晶パネルは、３枚のマゼンタ液晶セ
ル７１、シアン液晶セル７２、イエロー液晶セル７３を
重ね合わせた構造となっている。各液晶セルは例えば単
純マトリクス型であり、所定の色素を含有したゲストホ
スト液晶セルからなる。この減法混色型カラー表示で
は、同じ画素に対して異なる色相を表示できるのでＲＧ
Ｂ三原色カラーフィルタを利用した構造に比べ分解能が
向上する。

【００１８】減法混色は、マゼンタ（Ｍ）、シアン
（Ｃ）、イエロー（Ｙ）の重畳により赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、青（Ｂ）、黒（ＢＬ）を得るものである。図８
に減法混色におけるスペクトルを示す。例えば、イエロ
ーとマゼンタを重ね合わせる事により赤色表示を得る事
ができる。又、イエローとシアンを重ね合わせる事によ
り緑色表示が得られる。さらに、マゼンタとシアンを重
ね合わせる事により青色表示が得られる。加えて、イエ
ローとマゼンタとシアンを重ね合わせると黒色表示が得
られる。減法混色を用いたカラー表示は、ＲＧＢカラー
フィルタを用いた加法混色に比べて高いコントラストを
得る事ができる。

【００１９】図９は本発明にかかる液晶表示装置に組み
込まれる平行光バックライトの一例を示す模式的な断面
図である。このバックライトは、マイクロレンズアレイ
９１と導光板９２とその両端に配置された蛍光管９３，
９４とこれらを覆う反射板９５とから構成されている。
導光板９２の裏面側には点状の光拡散層９６がパタニン
グ形成されている。このパタニングされた光拡散層９６
の中心は、マイクロレンズアレイ９１の個々のマイクロ
レンズ９７の中心と一致している。導光板９２の板厚は
マイクロレンズ９７の焦点が光拡散層９６と整合する様
に設定されている。なお、この光拡散層９６は例えば白
色顔料から構成されている。

【００２０】図１０は、図９に示した平行光バックライ
トの平面形状を示す。前述した様に、個々のマイクロレ
ンズ９７の中心と白色顔料からなる光拡散層９６の点状
パタンは互いにその中心が一致している。マイクロレン
ズ９７は最密充填で整列しており、効率的且つ一様な平
行光背面照明を行なう事ができる。

【００２１】次に図１１を参照して上述した構造の利点
を説明する。蛍光管（図示せず）から出射した光源光は
導光板９２に入射した後、全反射を繰り返し導光され
る。この全反射は、導光板９２の屈折率で決まる臨界角
より大きな光について発生する。ここで拡散層９６の点
状パタンに達した光は、全反射条件が乱され導光板表面
から出射される。拡散層９６の点状パタンは対応するマ
イクロレンズに対して焦点の位置にあるので、マイクロ
レンズに入射した光線は平行光に屈折される。この様に
して、効率的な平行光バックライトが得られる。

【００２２】次に図１２を参照して光拡散層のパタニン
グ方法を説明する。導光板裏面に沿ってマイクロレンズ
の中心と整合する位置に拡散層の点状パタンを精度良く
形成する必要がある。この為に、マイクロレンズアレイ
自体をマスクとしてセルフアライメントによりフォトリ
ソグラフィーを行なう方法を考案した。まず工程Ａにお
いて導光板１２１の表面にポジレジスト１２２を塗布し
乾燥させる。工程Ｂにおいて、予め作成されたマイクロ
レンズアレイ１２３を配置し、裏面側から露光処理を施
す。マイクロレンズアレイ１２３に入射した光はマイク
ロレンズにより集束しポジレジスト１２２上に集光さ
れ、その部分のみが感光する。工程Ｃにおいて現像処理
を施すと感光部分のみが除去される。続いて工程Ｄにお
いて白色顔料１２４を塗布し乾燥させる。さらに工程Ｅ
において再度露光処理を施す。この場合にはマイクロレ
ンズアレイを介在させる事なく全面的に露光し残されて
いたフォトレジスト全てを感光させる。最後に工程Ｆに
おいて、同一の現像液を用い感光されたフォトレジスト
を剥離する。この様にして点状にパタニングされた光拡
散層１２５が導光板１２１の上に形成される。なおこの
例では、導光板として３mmの板厚を有するアクリルを用
い、マイクロレンズアレイとしてマイクロレンズ平均外
径が２．２mmで焦点距離が３mmのものを用い、ポジレジ
ストとして東京応化製ＰＭＥＲを用い、現像液としてア
ルカリ溶液（ＫＯＨ１％）を使用した。なお、上述し
た平行光バックライトの構造は一例であって本発明はこ
れに限られるものではない。

【００２３】最後に、図１３を参照して本発明にかかる
液晶表示装置に組み込まれる光拡散板の具体例を説明す
る。なお本例も一例であって、本発明がこれに限られる
ものでない事は勿論である。図示する様に、この光拡散
板は透明基材１３１の上に接着層あるいは粘着層１３２
を介して透明な球形粒子１３３を敷き詰めた構造を有す
る。透明基材１３１としては、偏光板もしくは液晶パネ
ルを構成する透明基板あるいは両者とは別体の透明基板
を用いる事ができる。密に敷き並べられた透明球形粒子
１３３の表面は黒色材料からなる光吸収膜１３４で被覆
されている。この光吸収膜１３４はパタニングされてお
り、個々の球形粒子１３３の頂部に整合する様に開口１
３５が設けられている。球形粒子１３３は透明であれば
良く、有機材料無機材料何れでも差し支えない。

【００２４】図１４は、図１３に示した光拡散板の平面
形状を示している。前述した様に、密に敷き並べられた
球形粒子１３３の表面は黒色材料からなる光吸収膜１３
４により被覆されている。この光吸収膜１３４はパタニ
ングされており、個々の球形粒子１３３の頂部と整合す
る様に開口１３５が設けられている。この様にパタニン
グされた光吸収膜１３４はブラックマスクとして機能
し、外光反射を防止して明るい環境下でのコントラスト
改善に寄与する。

【００２５】図１５は個々の透明球形粒子１３３のレン
ズ作用を示す模式的な光学図である。透明球形粒子１３
３はその屈折率が２前後の時、頂面もしくは端面が焦点
となるレンズとして作用する。平行光バックライト（図
示せず）から出射した照明光は積層液晶パネルを通過し
た後、球形粒子により集束され端面から散乱された形で
出射する。一方、外光についてはその大部分が黒色材料
からなる光吸収膜で吸収され反射は抑えられる。

【００２６】次に図１６を参照して図１３及び図１４に
示した光散乱板の製造方法を説明する。先ず、工程Ａに
おいて、透明基材１６１の上に粘着層１６２を塗布し球
形粒子１６３を散布する。続いて、黒色顔料を分散した
ポジ型レジスト１６４を塗布する。ここで、球形粒子１
６３としてジビニルベンゼンからなるミクロパール（積
水ファインケミカル製）を使用し、その平均粒径は５μ
ｍである。ポジ型レジストとしてはノボラック樹脂に増
感剤を含有した東京応化製のＰＭＥＲを使用した。続い
て工程Ｂにおいて、透明基材１６１の裏面側から紫外線
露光を行なう。前述した球形粒子のレンズ作用により、
紫外線は球形粒子頂部に集光されその部分のみが感光す
る。その後、アルカリ溶液（ＫＯＨ１％）で現像処理
を施すと感光部分のみが剥離され、図１４に示したブラ
ックマスク構造が得られる。

【００２７】図１７は上述した光拡散板の変形例を示
す。透明基材１７１の表面には粘着層１７２を介して透
明な球形粒子１７３が密に敷き並べられている。一方、
透明な対向基板１７４の内表面にはブラックマスク１７
５がパタニング形成されている。ブラックマスク１７５
には個々の球形粒子１７３の頂部に対応する部分に開口
１７６が設けられている。このブラックマスク１７５の
パタニングは、図１６に示した方法と同様に行なう事が
できる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、積
層液晶パネルの裏面側に平行光バックライトを配置する
とともに、表面側に光拡散板を配置した構造を有してい
る。積層パネルを平行光で背面照明すると、表示画像は
光拡散板にそのまま投写され画素の位置ずれが生じな
い。光拡散板はスクリーンとして機能し、斜め方向から
観察した場合でも投写された画像の視差によるぼけが生
じない為、従来に比し表示品位が改善できるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる液晶表示装置の基本的な構造を
示す模式的な断面図である。

【図２】従来の液晶表示装置の構造を示す模式的な断面
図である。

【図３】本発明にかかる液晶表示装置に組み込まれる積
層液晶パネルの一例を示す模式的な平面図である。

【図４】図３に示した積層パネルの断面構造を示す模式
図である。

【図５】積層液晶パネルの電気接続構造を示す模式図で
ある。

【図６】互いに積層された液晶パネルのツイスト配向状
態を示す模式図である。

【図７】本発明にかかる液晶表示装置に組み込まれる積
層液晶パネルの他の例を示す斜視図である。

【図８】減法混色の原理を説明する為の模式図である。

【図９】本発明にかかる液晶表示装置に組み込まれる平
行光バックライトの一例を示す断面図である。

【図１０】同じく平行光バックライトの平面図である。

【図１１】同じく平行光バックライトの動作説明図であ
る。

【図１２】同じく平行光バックライトの製造方法を示す
工程図である。

【図１３】本発明にかかる液晶表示装置に組み込まれる
光拡散板の一例を示す断面図である。

【図１４】同じく光拡散板の平面形状を示す模式図であ
る。

【図１５】図１３に示した光拡散板の動作説明図であ
る。

【図１６】光拡散板の製造工程図である。

【図１７】光拡散板の変形例を示す模式的な部分断面図
である。

【符号の説明】

１第１の液晶パネル２第２の液晶パネル３上側ガラス基板４下側ガラス基板５液晶層６走査電極７信号電極８平行光バックライト９光拡散板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに重ね合わせられ且つ同時に駆動さ
れる積層液晶パネルを備えるとともに、平行光に近い出
射光分布を有する平行光バックライトを前記積層液晶パ
ネルの裏面側に配置し且つ、光拡散板を前記積層液晶パ
ネルの表面側に配置した事を特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記積層液晶パネルは、互いに相補的に
配置された一対の単純マトリクス型液晶パネルからなる
事を特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記単純マトリクス型液晶パネルは、ス
ーパーツイストネマティック型液晶パネルである事を特
徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記積層液晶パネルは、マゼンタ、シア
ン、イエロー三色液晶セルを重ね合わせた減法混色型カ
ラー液晶パネルである事を特徴とする請求項１記載の液
晶表示装置。
【請求項５】前記積層パネルは、各々走査電極と信号
電極が交差配列した複数の単純マトリクス型液晶パネル
からなり、走査電極は複数の液晶パネルに渡って共通の
駆動回路に接続されている事を特徴とする請求項１記載
の液晶表示装置。